实用软压光辊磨削方法

田明德

(1.山东轻工业学院，山东济南，250353;2.山东泉林纸业有限责任公司，山东聊城，252800)

实用软压光辊磨削方法

田明德1，2

(1.山东轻工业学院，山东济南，250353;2.山东泉林纸业有限责任公司，山东聊城，252800)

针对软压光机的软压光辊在生产使用中产生斑马纹的问题，结合材料力学的原理从软压光辊包覆材料疲劳的角度分析斑马纹的形成，分析在机使用的软压光辊表面胶层 (厚度约0.2 mm的疲劳破坏层、过渡层和未破坏层)的特点，阐述了在软压光辊磨削中的工艺控制方法，总结了一套软压光辊科学的磨削方法，使用该方法可延长软压光辊的在机使用寿命。

软压光辊;斑马纹;磨削方法

随着造纸装备行业的发展，软压光机已经成为现代造纸机中不可或缺的组成部分。在现代化高速造纸机中已经几乎完全替代了传统的硬辊压光机。

使用软压光机主要有如下优点：①压力调节范围大，对纸种的适应性广;②可达到较高的平滑度、光泽度、不透明度，并消除两面差;③压后的纸张紧度一致、吸墨均匀、图文清晰;④改善纸的松厚度，并保持挺度的稳定性;⑤在线使用，提高纸机的运行性等。同时软压光机也存在一些问题：①对设备操作人员的技术水平要求高;②设备造价高;③运行费用高。特别是运行费用更是限制软压光机应用的一大问题。仅计算软压光辊的包胶费用和磨削费用就很高，某厂一台纸机的一压区软压光辊 (Φ760 mm×3750 mm)，每年仅因研磨和包胶产生的直接费用就在150万元以上。

软压光机在生产使用中存在的最大问题就是软压光辊表面的斑马纹问题，同时因斑马纹导致出现的辊间振动、噪音和软压光辊斑马纹在纸幅上遗留明暗相间的条纹问题也是较严重的。而出现斑马纹的情况，不仅是国产设备，进口设备上同样出现。因此无论从维护设备方面还是从控制产品质量来讲，出现斑马纹就应停机更换软压光辊。目前有很多技术人员对此问题进行分析和研究，试图解决或减轻此问题。分析认为引起出现斑马纹的原因有：①设备本体振动;②纸页不平;③包胶层不均匀磨损;④液压系统的问题;⑤其他原因。目前技术人员都是根据自己的分析采取措施，但斑马纹问题都未得到彻底解决。

产生斑马纹的软压光辊被更换下机后需要进行磨削才能再次使用，而现有的磨削方法使磨削后的软压光辊再次上机使用的寿命无规律，针对以上问题，笔者根据多年的实践经验，分析斑马纹产生的原因，总结出一套科学的软压光辊磨削方法，以延长软压光辊的在机使用寿命。

1 现场调查

经过长时间观察、记录和总结，在一般两压区软压光机的结构中 (结构简图见图1)，软压光辊的使用有以下几种情况。

图1 两区软压光机结构简图

1.1 不同压区上软压光辊的使用寿命

两压区软压光机上，一般一压区软压光辊的在机使用寿命短，二压区压光辊在机使用寿命长。泉林纸业3700车间软压光辊 (Φ760 mm×3750 mm)在一压区的在机寿命为：短的7～10天，长的1～2个月;而二压区软压光辊在机寿命一般达到4个月。笔者前些年在河北泛亚龙腾纸业工作时，当时新闻纸机的软压光机也存在同样的情况，二压区软压光辊的在机寿命远远长于一压区软压光辊。这种区别的主要原因在于两个压区软压光辊做功差异很大：一压区软压光辊整饰的纸幅表面粗糙且纸幅可能存在浆块等缺陷，压区做功就多且辊面做功不均一;二压区软压光辊整饰的纸面已经经过了一压区的整饰，纸幅表面质量好，需要压区做功相对少且辊面做功均一性好。从材料疲劳原理分析，压区做功的多少和均一性的差异就决定了辊面的寿命长短。

1.2 在同压区不同辊面胶层压光辊的使用寿命

无论软压光辊是在一压区还是在二压区、不同的包胶厂家和胶种 (包括Metso、Voith、Stowewood等包胶厂家的高档复合材料)、不同运行车速，第一次上机的新包胶软压光辊在机寿命都非常长，例如：泉林纸业在一压区的软压光辊，新包胶辊第一次上机使用的在机寿命一般都达到2～3个月，而经过磨削的非新包胶软压光辊使用寿命就短很多，在机寿命最长20天，一般是10天左右。这样的情况在其他造纸厂软压光机使用中也同样出现。这种现象的原因应该与材料的疲劳存在正相关关系。

1.3 不同磨削质量软压光辊的使用寿命

在同样的位置上，非新包胶软压光辊的在机寿命有时长，有时短，其在机寿命可以相差1倍且呈现不规律状态。在设备正常运行下，影响非新包胶软压光辊使用寿命的可变因素就是软压光辊每次的磨削质量。磨削质量好的在机寿命长，磨削质量差的在机寿命短。

2 原因分析

软压光过程是一个热能和机械能向纸幅传递的过程，压光过程中因软压光辊弹性变形，压区内压光辊直径不同使角速度有微小差异造成微滑动，且软压光辊把纸幅压紧在热辊面上，存在的速度差和压区压力，使在高温区域中受热的纸幅产生塑化并被缓和地搓动，从而使纸的紧度趋于一致，并使接触热辊的纸面有精致的表面和较好的平滑度。软压光辊弹性的存在是软压光机性能优于传统硬压光机的根本原因。

而橡胶材料 (包括合成高分子复合材料等)的弹性产生于分子间的连接，任何材料都存在疲劳破坏。软压光辊使用一段时间后，橡胶材料分子连接部分因机械作用和化学反应而出现了不均匀的破坏，造成软压光辊表面性能产生不规律的变化，再加上纸幅表面的凹凸不平引起的磨损，都严重影响了软压光辊的性能。使用一定时间失去软压光辊特性的软压光机性能就更接近于传统的硬压光机了，而热辊表面硬度远远大于软压光辊硬度，软压光辊表面就很容易出现斑马纹了。

经过分析可得出以下结论：斑马纹的形成和软压光辊包胶层的疲劳程度有直接关系。新包胶上机的软压光辊胶层没有受到过振动等冲击而产生的疲劳破坏，所以包胶层性能可完全发挥出来，产生斑马纹所需的时间就长。而磨削后再次使用时，软压光辊胶层已经有不同程度疲劳破坏，包胶层性能在局部已经变差，所以产生斑马纹的所需时间就短。根据软压光辊面斑马纹形成情况，将已产生斑马纹和振动的软压光辊的胶层分为3层：疲劳破坏层、过渡层和未破坏层，其结构见图2。

笔者就软压光辊断面胶层情况 (图2)分析如下：

(1)疲劳破坏层。这一区域的胶层已严重破坏，厚度大约有0.2 mm，软压光辊材料特性完全丧失，完全达不到使用要求，下机磨削辊面时必须全部去掉。如果疲劳破坏层在磨削时没有完全去掉则下次上机就会产生恶性循环，很短时间后就会产生振动和斑马纹。泉林纸业在实际生产中，也有过一压区磨削后的软压光辊上机5天就产生振动和斑马纹的情况，后来经过总结分析就是这个原因。

图2 软压光辊壳断面图

(2)过渡层。这一区域的胶层从外到内性能破坏程度依次减轻呈阶梯分布。磨削辊面时这一区域磨削量的控制很关键：磨削量太小，下次使用时胶层就容易被破坏而产生疲劳破坏时间就很短;磨削量太大，就会产生不必要的浪费且造成胶层总寿命缩短。由于条件所限，无法测量过渡层的厚度，就采取试验磨削的方法来控制。

(3)未破坏层。这一区域的胶层完全没有产生疲劳损坏的，也没有产生塑性变形，包胶材料分子连接良好，材料性能保持完好。磨削时，要控制磨削程度不能到达这一层，否则会产生很大的浪费。

目前一般的磨削标准要求是按直径去除 (一般都控制在直径上0.5 mm)，而不是控制疲劳破坏层的去除量相同。也就是有时严重疲劳破坏层的去除没有达到要求，再次上机软压光辊表面很快就会产生斑马纹;有时磨削量过大而产生浪费。所以，软压光辊磨削的关键在于疲劳破坏层去除量的控制。

3 合理的磨削方法

根据以上分析，笔者结合使用情况和磨削工艺，总结出以下软压光辊的磨削方法。

3.1 下机软压光辊的冷却和初步变形恢复

软压光辊下机后，首先要进行降温处理和初步的变形恢复。因辊子在机台上运行时的温度一般都达到100℃以上，辊壳和包胶材料都存在着温度应力和变形应力。如果下机不进行降温处理而直接进行磨削，则在辊子温度下降后，温度应力释放还会产生温度形变，就保证不了软压光辊磨削后的精度。

软压光辊下机的冷却和初步变形恢复的具体方法是：软压光辊下机后，放置在与使用车间环境类似的地方24 h，并定时进行人工旋转处理 (一般每3 h转1.25圈)，然后再放置在与室外环境温度接近的地方进行同样降温、恢复处理 (注意冬季要保证5℃以上)，严禁快速降温。这种方法的目的就是彻底消除温度应力和初步消除变形应力。

3.2 磨床上的变形恢复

软压光辊下机进行降温处理和初步变形恢复后，运输到磨床装卡，此时也不能立即进行磨削，而是在1/10左右车速下运行进行空运转，目的是恢复软压光辊辊壳在长期高线压和较高温度工作时而产生的弹性变形和辊面胶层变形、消除残余变形应力，一般运行时间为8～16 h，时间太短则达不到效果。

3.3 磨床上的数据测量及粗磨

软压光辊变形恢复后，必须在磨床上精确找正并进行辊面初始圆跳动值的精确测量。经过多次测试分析，得到软压光辊面初始圆跳动值与斑马纹程度关系 (见表1)。表1数据是笔者在泉林纸业的3750/1000纸机软压光机上实测的，不同的机台和设备可能数据不太相同，但数据和斑马纹程度的相对关系是相类似的。

表1 软压光辊圆跳动值与斑马纹的关系

根据测得的圆跳动值对粗磨的软压光辊进给量进行设定，设定目标是必须将严重的疲劳破坏层除去。设定的公式为：

粗磨磨头总进给量=测得的最大圆跳动值×1.2

3.4 磨床上的半精磨和精磨

软压光辊粗磨完成后，半精磨、精磨的磨头总进给量也要根据软压光辊磨前圆跳动值来确定，结合软压光辊的使用状况试验着进行磨削量的设定，按表2设定，精磨的辊面一般都能达到上机要求 (一般企业生产中要求软压光辊辊面圆跳动值在0.05 mm以内)。

表2 圆跳动值与精磨进给量的关系

3.5 磨床上的表面抛光

因为目前的软压光辊辊面包覆胶层都是复合材料，里面都添加了合成纤维。软压光辊辊面精磨会在辊面残留很多的合成纤维，这些合成纤维如不去除将影响纸幅的表面质量、使软压光辊辊面受力不均匀，从而减少软压光辊的在机寿命，所以精磨后必须用金刚石砂带进行抛光除毛刺。

4 结论

按本文所述的磨削方法经过近两年的实践，在其他生产条件不变的情况下，磨削后的软压光辊的在机使用寿命可延长25%～50%，达到良好的效果。这种方法也可用在磨削压榨部可能产生母线方向斑马纹的可控中高辊、真空压榨辊等，都达到了很好的效果。

［1］ 杨振宇．软辊压光机的运行实践［J］．中国造纸，2001，20(4)：19．

［2］ 田振辉，巢建平，谢礼立．橡胶复合材料疲劳破坏特性［J］．复合材料学报，2005(1)：34．

［3］ 陈克复．制浆造纸机械与设备(下)［M］．2版．北京：中国轻工业出版社，2008．

［4］ 张承武．制浆造纸手册(第九分册·纸张抄造)［M］．北京：中国轻工业出版社，2007．

［5］ 彭万桃，巢建平．国产双压区软压光机结构原理及安装调试［J］．江苏造纸，2005(1)：31． CPP

Practical Grinding Method for Soft Calender Roll

TIAN Ming-de1，2
(1．Shandong Polytechnic University，Ji'nan，Shandong Province，250353;2．Shandong Tralin Group，Liaocheng，Shandong Province，252800)

The cause of zebra grains on the soft calender roll is described to the material fatigue according to material mechanics principle．There are three outer layers of the soft calender roll，i．e．the serious damaged layer which is almost 0.2 mm thick，the controlled grinding transition layer and the basic layer which maintains the material character．The methods for grinding these three layers are discussed．The soft calender roll grinding method including lowering down the temperature，recovery deformation，measuring，controlling the grinding amount and finishing is summarized．

soft calender roll;zebra grain;grinding method

TM 734.4

B

0254-508X(2012)02-0046-04

田明德先生，工程师，在读工程硕士研究生;主要研究方向：轻工机械。

(E-mail：tianmingde@126．com)

2011-09-16(修改稿)

(责任编辑：常 青)